王俊翔王俊翔 毕业设计毕业设计题目：PLC 在高楼供水系统中的应用毕业设计 姓 名： 王俊翔 所在系部： 自动控制系 班级名称： 机电 0511 学 号： 0522011143 指导老师： 廖一 2009 年 10 月摘 要本文分析了变频调速技术在恒压供水系统中的应用，提出了以PLC+变频器相结合的恒压供水系统的设计方案，并介绍了系统组成及工作原理。关键词：“变频器“ “恒压供水系统“ 工作原理 目 录摘要.I第一章 绪论.11.1PLC 的用途与特点.2-3第二章 系统组成及控制要求.62.1 系统简介.62.2 系统组成.62.3 控制要求及技术指标.62.4 变频器的技术参数.6第三章 控制系统设计.73.1 确定控制方案.83.1.1 抽水泵系统.83.1.2 半自动运行.93.1.3 手动.103.1.4 加压泵系统.113.1.5 系统实现功能.113.2 主电路设计 .123.3PLC 的接线图.123.4 控制电路图 .133.5 程序设计 .13第 1 章 绪论1.1 PLC 的用途与特点一.PLC 的用途PLC 的初期由于其价格高于继电器控制装置,使其应用受到限制。但近年来由于微处理器芯片及有关元件价格大大下降,使 PLC 的成本下降,同时又由于 PLC 的功能大大增强,使 PLC 的应用越来越广泛,广泛应用于钢铁、水泥、石油、化工、采矿、电力、机械制造、汽车、造纸、纺织、环保等行业。PLC 的应用通常可分为五种类型：（1）顺序控制 这是 PLC 应用最广泛的领域，用以取代传统的继电器顺序控制。PLC 可应用于单机控制、多机群控、生产自动线控制等。如注塑机、印刷机械、订书机械、切纸机械、组合机床、磨床、装配生产线、电镀流水线及电梯控制等。（2）运动控制 PLC 制造商目前已提供了拖动步进电动机或伺服电动机的单轴或多轴位置控制模版。在多数情况下，PLC 把扫描目标位置的数据送给模版块，其输出移动一轴或数轴到目标位置。每个轴移动时，位置控制模块保持适当的速度和加速度，确保运动平滑。相对来说，位置控制模块比计算机数值控制（CNC）装置体积更小，价格更低，速度更快，操作方便。（3）闭环过程控制 PLC 能控制大量的物理参数，如温度、压力、速度和流量等。PID（Proportional Intergral Derivative）模块的提供使 PLC 具有闭环控制功能,即一个具有 PID 控制能力的PLC 可用于过程控制。当过程控制中某一个变量出现偏差时,PID 控制算法会计算出正确的输出,把变量保持在设定值上。（4）数据处理 在机械加工中，出现了把支持顺序控制的 PLC和计算机数值控制（CNC）设备紧密结合的趋向。著名的日本 FANUC公司推出的 Systen10、11、12 系列，已将 CNC 控制功能作为 PLC 的一部分。为了实现 PLC 和 CNC 设备之间内部数据自由传递，该公司采用了窗口软件。通过窗口软件，用户可以独自编程，由 PLC 送至CNC 设备使用。美国 GE 公司的 CNC 设备新机种也同样使用了具有数据处理的 PLC。预计今后几年 CNC 系统将变成以 PLC 为主体的控制和管理系统。二. PLC 的特点（1）抗干扰能力强，可靠性高 继电接触器控制系统虽具有较好的抗干扰能力，但使用了大量的机械触头，使设备连线复杂，由于器件的老化、脱焊、触头的抖动及触头在开闭时受电弧的损害大大降低了系统的可靠性。传统的继电器控制系统中使用了大量的中间继电器、时间继电器。由于触点接触不良，容易出现故障，PLC 用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少互继电器控制系统的 1/10-1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。第二章 系统组成及控制要求2.1 系统简介为改善生产环境，某公司投资清洁水技改工程并建成一座日产水2.5 万顿的供水系统，分别建设了抽水泵系统、加压泵系统和高位水池。根据公司用水需求特点，从抽水泵系统过来的水一部分直接供给生产用水部门，一部分则需通过加压泵输送到高位水池，而供给生产用水部门的水压与供给高位水池的水压相差较大。同时高位水池距抽水泵房较远达十多公里，高位水池的液位高低和加压泵系统的设计以及如何与抽水泵系统“联动“也是较难解决的。鉴于以上特点，从技术可靠和经济实用角度综合考虑，我们设计了用 PLC 控制与变频器控制相结合的自动恒压控制供水系统，同时通过主水管线压力传递较经济地实现了加压泵系统与抽水泵系统“远程联动“的控制目的2.2 系统组成系统主要由电动机，变频器，PLC 控制器，软起动器，电机保护器数据采集及其辅助设备组成。2.3 控制要求及技术指标1：供水压力要求恒定，波动一定要小，尤其在换泵时。2：三台泵根据压力的设定，采用“先开先停“的原则。3：为了防止一台泵长时间运行，需设定运行时间。当时间到时，自动切换到下一抬泵，以防止泵长时间不用而锈死。4：要有完善的保护和报警功能。5：为了检修和应急要设有手动功能。6：需要有水池防抽空功能。技术指标供水扬程： 4-120 m供水流量： 2-2000 m3/h水泵功率： 0.55-75 KW平均节电率： 30-60%压力调节精度：0.01Mpa预定压力设定数：第 1、2 压力。其中第 2 压力设定值为消防用水压力。 水泵数量及功率可根据用户实际情况来选定。2.4 变频器的技术参数ABB ACS400 是具有多种功能的变频器，在本例中由于已选 PID 调节器，因此就不用变频器的内部 PID 调节，而只用变频器的工厂宏FACTORY（0）就可以了。压力传感器将压力信号传给 PID 调节器，PID 调节器根据压力设定，输出 420MA 给变频器以调节电机的速度，变频器的运行要根据可编程序控制器输出 Q1.0（DCOM1-DI2）是否闭合来确定，变频器的停止要根据 编程序控制器输出Q0.7（DCOM1-DI1）是否闭合来确定。将变频器内部可编程继电器 RO1，RO2 设定成频率到达。相关参数设定如下：代码 功能 设定值 代码 功能 设定值 9902 APPLIC MACRO 0 2102 STOP FUNCTION 1 1001 EXICOMMANDS 3 3201 SUPERV1 PARAM 01031003 DIRECTION 1 3202 SUPERV1 LIMLO 15HZ1102 EXT1/EXT2 6 3203 SUPERV1 LIMHI 50HZ1103 EXT REF1 SEL 0 3204 SUPERV1V2PARAM0103第三章 控制系统设计3.1 确定控制方案1） 工频手动方式系统设计了手动工频的操作方式，将转换开关打到“工频“档位，操作人员可以根据需要自己决定起动或停止任意一台泵的运行。由于在该操作方式下，PLC、PID、变频器等均不参加控制，因此，从技术角度上来说，该方式无法保障出水管网压力值的恒定，所以必须有人监守。该方式主要供 PLC、变频器、PID 仪表、压力变送器等设备故障检修时使用。 2） 变频自动方式将转换开关打到“变频“档位，按下变频起动按钮，系统将自动判断并选择起始变频运行泵入口，进入自动运行。3） 工作原理(1) 当某台电机故障或需要检修某台电机水泵时，控制系统将退减到 3 泵循环方式自动工作;(2) 当变频器出现故障时，控制系统将采用工频驱动方式控制泵的运行与停止，来保证供水的压力在一定的范围内，但系统无法达到压力值的恒定，同时发出报警蜂鸣声响，通知操作人员进行处理;(3) 当无水接点信号来临时，PLC 将关断所有变频和工频输出，直到无水接点信号消失，PLC 将自动恢复控制输出;(4) 当消防信号到来时，PLC 控制将转入子程序段执行，关断生活用水，打开消防供水阀，实现对消防管道补充供水目的，系统将根据在 PLC 程序中设置的消防供水压力设定值自动地完成恒定稳压消防供水。当消防信号解除后，系统自动恢复到变频恒压供水工作状态;(5) 仅单台泵变频运行，且处于最低输出频率状态和较长时间无压力上下限出现时(可以认为此时的系统供水需求量接近为零)，控制系统将以变频 50Hz 运行 30s 或使管网压力达到设定值的 1.2 倍左右后，立即停止运行，进入休眠状态，直到管网实际压力为压力设定值的 80%左右，控制系统重新自动恢复变频运行，即休眠唤醒。当然，管网中若有气压罐，系统应以气压罐的压力控制器的上下限接点作为休眠与唤醒的条件进行控制3.1.1 抽水泵系统整个抽水泵系统有 150KW 深井泵电机四台，90KW 深井泵电机两台，采用变频器循环工作方式，六台电机均可设置在变频方式下工作。采用一台 150KW 和一台 90KW 的软起动 150KW 和 90KW 的电机。当变频器工作 50HZ，管网压力仍然低于系统设定的下限时，软起动器便自动起动一台电机投入到工频运行，当压力达到高限时，自动停掉工频运行电机。系统为每台电机配备电机保护器，是因为电机功率较大，在变频器的控制下稳定运行；当用水量大到变频器全速运行也在变频器的控制下稳定运行；当用水量大到变频器全速运行也不能保证管网的压和稳定时，控制器的压力下限信号与变频器的高速信号同时被 PLC 检测到，PLC 自动将原工作在变频状态下泵投入到工频运行，以保持压力的连续性，同时将一台备用的泵用变频器起动后投入运行，以加大管网的供水量保证压力稳定。若两台泵运转仍，则依次将变频工作状态下的泵投入到工频运行，而将另一台备用泵投入变频运行。当用水量减少时，首先表现为变频器已工作在最低速信号有效，这时压力上限信号如仍出现，PLC 首先将工频运行的泵停掉，以减少供水量。当上述两个信号仍存在时，PLC 再停掉一台工频运行的电机，直到最后一台泵用主频器恒压供水。另外，控制系统设计六台泵为两组，每台泵的电机累计运行时间可显示，24 小时轮换一次，既保证供水系统有备用泵，又保证系统的泵有相同的运行时间，确保了泵的可靠寿命。3.1.2 半自动运行当 PLC 系统出现问题时，自动控制系统失灵，这时候系统工作处于半自动状态，即